论文部分内容阅读
摘要：本文主要就对南通市智能集中式电能计量管理系统进行
现场检测方案的设计及其不确定度的评定。
关键词：使用情况工作原理检测方案难题不确定度
1 智能集中式电能计量管理系统在南通市的应用及检定情况
通过对南通市各高等学校的学生公寓采用智能集中式电能计量管理系统的使用状况的调查，发现在一些新建的学生公寓基本上都选择智能集中式电能计量管理系统，该系统集电能计算、负荷控制、双重保护、收费管理、用电资料统计分析功能于一体，可防止设备受损及电费流失，同时基于用电资料统计分析来改善电能管理质量。
智能集中式电能计量管理系统属于强制检定的计量器具。以前因各种原因这项检定工作并未开展，现在社会对用于贸易结算的计量器具的准确性越来越重视，开展检定工作迫在眉睫。南通市计量检定测试所现阶段在电能计量器具的检定上仍采用传统模式，即又各单位将器具拆下送到该所进行检定，因而检定工作任务量大，工作内容繁琐。这种传统的检定模式已不能适应现在的检定要求，这样就需要寻求一种新的能够在现场进行在线检定或校验的方法。
2 智能集中式电能计量管理系统的工作原理
智能集中式电能计量管理系统由系统软件、网络、数据管理器和控电机柜四部分组成。
2.1 系统软件。应用多线程分布式技术，设有多种联机模式以满足用户的个性化需求，安装和使用简单方便。该系统能够对256台数据管理器进行管理，系统功能包括：电能计量、数据查询、监控用电过程、缴费管理等。
2.2 网络。采用TCP/IP协议利用校园通讯，在联网的情况下计算机无需借助IC卡即可传输和管理用电单元的电能数据，电能管理简单方便。
2.3 数据管理器。液晶显示、中文菜单。数据管理器主要是管理下拉机，在脱网的情况下可替代计算机。同时，通过它还能对房间的电能数据进行实时查询。
2.4 控电机柜。控电机柜主要有两种，一种是集中式机柜，另一种是分层嵌入式机柜。集中式機柜装配在学生宿舍的配电间或收发室，分层嵌入式机柜装配在宿舍楼各层走廊的墙壁上，分别计量、管理和控制各房间的用电情况，每台分层嵌入式机柜最多可管理32个房间，每台集中式机柜最多可对112个房间进行管理。
该系统的工作原理: 智能集中型电能计量管理系统是在电子电能表成熟技术的基础上，采用电子式电能模块通过多点采集模块（包括脉冲采集模块和通讯功能模块），用脉冲模块对脉冲信号进行计数，通过其采集的脉冲信号的多少来确定用电量的大小。然后通过通讯模块将电流、电压及脉冲等传输到数据管理器，通过数据管理器与上位机通讯，将需要传送的定时循环接受的或根据系统要求接受某个电子电能模块或某组电子电能模块的电量数据传送到上位机的数据库。经上位机的处理软件对信号进行处理，可以进行电能计量，监控用电过程，缴费管理以及查询电能数据等操作，并且能够对各个用电单元的用电近况进行实时监控，可以按天、周、月、季、年进行报表查询打印。
3 对智能集中式电能计量管理系统的现场检测方案
通过对智能集中型电能计量管理系统使用情况和工作原理的了解，想要对该系统的电能计量准确性进行检定，只有采用现场在线校验的方法。现场在线校验时，根据检测需要，该所购买了一台HPU-3001C电能表现场校验仪，该仪器采用国际最新数字电子技术，以DSP高速处理器为核心，能同时测量电压、电流、功率、电能、频率等电量。具有精度高、稳定性好、体积小、重量轻、携带及使用方便等特点。
有了检测设备，用电能表现场校验仪对智能集中型电能计量管理系统的电子式电能模块的电能计量进行校验。将该电子式电能模块的电流、电压及脉冲信号接入电能表现场校验仪。通过电能表现场校验仪测得的电流、电压及脉冲的数据，与电能表现场校验仪内部配有的0.05级的电能基准相比较。得出该电子式电能模块的电能计量的误差是多少，从而得出该电子式电能模块的电能计量是否准确。
4 如何解决现场检测方案中的难题
在实施该现场检测方案时，也遇到了一些难题。
4.1 在截取电流、电压及脉冲信号时，因该系统是采用的电子式电能模块，它和一般的电子电能表有一些不同，它只有电源和负载的输入端子，并没有脉冲信号的输出端子，该所的电能表现场校验仪无法与之连线，无法获取脉冲信号，同时该电子式电能模块又是采用的封装、插拨设计，无法从模块上引出脉冲信号。因此先考虑是否能采用光电传感器通过模块上的脉冲信号指示灯来获取脉冲信号。经试验，该模块的指示灯信号太弱，光电传感器无法取得稳定的脉冲信号。在这种情况下，该所与生产厂家取得了联系，与厂家的技术人员共同探讨，决定在该系统的通讯功能模块上截取脉冲信号，在厂家的帮助下，该所做了专用的工装。在检测时将通讯模块取下，在通讯模块的插槽中插入制作的工装，顺利的取得了脉冲信号，解决了这一关键的难题。
4.2 在现场检测时，电子式电能模块必须接入一定的负载，否则无法进行检测。以前在所内检测时，该负载是由电能表标准检定装置提供的，电能表现场校验仪无法对电子式电能模块提供负载。该所又自制了1500W的负载，将它接入线路中提供所需的负载。
5 现场检测的不确定度的评定
为了更好地为企业服务，同国际接轨，现对采用新的检定装置进行电能校验的示值不确定度进行评定。
5.1 概述
5.1.1 测量方法：参照JJG596 -1999 《电子式电能表检定规程》，JJF1055-1997《交流电能表现场校准技术规范》。
5.1.2 环境条件：温度（5~+35）℃，相对湿度≥85％。
5.1.3 测量标准：标准电能表，型号S－6502，测量范围0－450V，0-20A，准确度等级为0.05级；电能表现场校验仪，型号HPU-3001C，测量范围0~450V，0～10A，准确度等级为0.1级。
5.1.4 被测对象：准确度等级为0.5级电子式电能表。
5.1.5 测量过程：电能表现场校验仪输出一定功率给被测表，对其进行采样积分，将获得的电能值和系统输出的标准电能值作比对，由此获得被测表在该功率时的相对误差。
5.2 数学模型
γH=γwo
式中：γH表示被测电子式电能表的相对误差；γwo表示电能表现场校验仪上测得的相对误差。
5.3 输入量的标准不确定度的评定。输入量γwo的标准不确定度u（γwo）的来源主要有三个方面：在重复性条件下由被测电能表测量不重复引起的不确定度分项u(γwo1)，采用A类评定方法；单相标准电能表示值误差引起的不确定度分项u(γwo2)，电能表现场校验仪的误差引起的不确定度分项u(γwo3)，采用B类评定方法。
5.3.1 标准不确定度分项u(γwo1)的评定。该不确定度分项主要是由于被测电能表的测量不重复引起的，可以通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。
对0.5级的被测电能表，在220V 5A、功率因数为1.0时，连续测量10次，测量结果如下：-0.17，-0.07，-0.12，-0.05，-0.16，-0.04，-0.21，-0.02，-0.15，-0.02（%）
单次实验标准差s=■=0.07%
所以u(γwo1)=s=0.07%。
5.3.2 标准不确定度分项u(γwo2)的评定。单相标准电能表准确度等级为0.1级，最大允许误差为±0.1%，属均匀分布，包含因子k=■，则u(γwo2)=0.1%/■=0.058%
5.3.3 标准不确定度分项u(γwo3)的评定。电能表现场校验仪经江苏省计量测试技术研究所检定合格，该装置最大允许误差为±0.1%，属均匀分布，包含因子k=■，则
u(γwo3)=0.1%/■=0.058%。
5.3.4 标准不确定度u(γwo)的计算：
u(γwo)=[u2(γwo1)+u2(γwo2)+u2(γwo3)]■=0.11%
5.4 合成标准不确定度的评定
5.4.1 灵敏系数：
数学模型γH=γwo
灵敏系数c=?坠γH/?坠γwo=1
5.4.2 合成标准不确定度的计算：
uc2(γH)=c2u2(γwo) uc(γH)=|c|u(γwo)=0.07%
5.5 扩展不确定度的评定。取包含因子k=2，扩展不确定度为：U=k×uc(γH)=2×0.07%=0.14%
5.6 测量不确定度报告与表示。0.5级电子式电能表在3×220/380V、3×5A时相对误差测量结果的扩展不确定度为：U=0.14% k=2
参考文献：
[1]JJG596-1999，电子式电能表检定规程[S].
[2]JJF1055-1997，交流电能表现场校准技术规范[S].
[3]JJF1059-1999，测量不确定度评定与表示[S].
现场检测方案的设计及其不确定度的评定。
关键词：使用情况工作原理检测方案难题不确定度
1 智能集中式电能计量管理系统在南通市的应用及检定情况
通过对南通市各高等学校的学生公寓采用智能集中式电能计量管理系统的使用状况的调查，发现在一些新建的学生公寓基本上都选择智能集中式电能计量管理系统，该系统集电能计算、负荷控制、双重保护、收费管理、用电资料统计分析功能于一体，可防止设备受损及电费流失，同时基于用电资料统计分析来改善电能管理质量。
智能集中式电能计量管理系统属于强制检定的计量器具。以前因各种原因这项检定工作并未开展，现在社会对用于贸易结算的计量器具的准确性越来越重视，开展检定工作迫在眉睫。南通市计量检定测试所现阶段在电能计量器具的检定上仍采用传统模式，即又各单位将器具拆下送到该所进行检定，因而检定工作任务量大，工作内容繁琐。这种传统的检定模式已不能适应现在的检定要求，这样就需要寻求一种新的能够在现场进行在线检定或校验的方法。
2 智能集中式电能计量管理系统的工作原理
智能集中式电能计量管理系统由系统软件、网络、数据管理器和控电机柜四部分组成。
2.1 系统软件。应用多线程分布式技术，设有多种联机模式以满足用户的个性化需求，安装和使用简单方便。该系统能够对256台数据管理器进行管理，系统功能包括：电能计量、数据查询、监控用电过程、缴费管理等。
2.2 网络。采用TCP/IP协议利用校园通讯，在联网的情况下计算机无需借助IC卡即可传输和管理用电单元的电能数据，电能管理简单方便。
2.3 数据管理器。液晶显示、中文菜单。数据管理器主要是管理下拉机，在脱网的情况下可替代计算机。同时，通过它还能对房间的电能数据进行实时查询。
2.4 控电机柜。控电机柜主要有两种，一种是集中式机柜，另一种是分层嵌入式机柜。集中式機柜装配在学生宿舍的配电间或收发室，分层嵌入式机柜装配在宿舍楼各层走廊的墙壁上，分别计量、管理和控制各房间的用电情况，每台分层嵌入式机柜最多可管理32个房间，每台集中式机柜最多可对112个房间进行管理。
该系统的工作原理: 智能集中型电能计量管理系统是在电子电能表成熟技术的基础上，采用电子式电能模块通过多点采集模块（包括脉冲采集模块和通讯功能模块），用脉冲模块对脉冲信号进行计数，通过其采集的脉冲信号的多少来确定用电量的大小。然后通过通讯模块将电流、电压及脉冲等传输到数据管理器，通过数据管理器与上位机通讯，将需要传送的定时循环接受的或根据系统要求接受某个电子电能模块或某组电子电能模块的电量数据传送到上位机的数据库。经上位机的处理软件对信号进行处理，可以进行电能计量，监控用电过程，缴费管理以及查询电能数据等操作，并且能够对各个用电单元的用电近况进行实时监控，可以按天、周、月、季、年进行报表查询打印。
3 对智能集中式电能计量管理系统的现场检测方案
通过对智能集中型电能计量管理系统使用情况和工作原理的了解，想要对该系统的电能计量准确性进行检定，只有采用现场在线校验的方法。现场在线校验时，根据检测需要，该所购买了一台HPU-3001C电能表现场校验仪，该仪器采用国际最新数字电子技术，以DSP高速处理器为核心，能同时测量电压、电流、功率、电能、频率等电量。具有精度高、稳定性好、体积小、重量轻、携带及使用方便等特点。
有了检测设备，用电能表现场校验仪对智能集中型电能计量管理系统的电子式电能模块的电能计量进行校验。将该电子式电能模块的电流、电压及脉冲信号接入电能表现场校验仪。通过电能表现场校验仪测得的电流、电压及脉冲的数据，与电能表现场校验仪内部配有的0.05级的电能基准相比较。得出该电子式电能模块的电能计量的误差是多少，从而得出该电子式电能模块的电能计量是否准确。
4 如何解决现场检测方案中的难题
在实施该现场检测方案时，也遇到了一些难题。
4.1 在截取电流、电压及脉冲信号时，因该系统是采用的电子式电能模块，它和一般的电子电能表有一些不同，它只有电源和负载的输入端子，并没有脉冲信号的输出端子，该所的电能表现场校验仪无法与之连线，无法获取脉冲信号，同时该电子式电能模块又是采用的封装、插拨设计，无法从模块上引出脉冲信号。因此先考虑是否能采用光电传感器通过模块上的脉冲信号指示灯来获取脉冲信号。经试验，该模块的指示灯信号太弱，光电传感器无法取得稳定的脉冲信号。在这种情况下，该所与生产厂家取得了联系，与厂家的技术人员共同探讨，决定在该系统的通讯功能模块上截取脉冲信号，在厂家的帮助下，该所做了专用的工装。在检测时将通讯模块取下，在通讯模块的插槽中插入制作的工装，顺利的取得了脉冲信号，解决了这一关键的难题。
4.2 在现场检测时，电子式电能模块必须接入一定的负载，否则无法进行检测。以前在所内检测时，该负载是由电能表标准检定装置提供的，电能表现场校验仪无法对电子式电能模块提供负载。该所又自制了1500W的负载，将它接入线路中提供所需的负载。
5 现场检测的不确定度的评定
为了更好地为企业服务，同国际接轨，现对采用新的检定装置进行电能校验的示值不确定度进行评定。
5.1 概述
5.1.1 测量方法：参照JJG596 -1999 《电子式电能表检定规程》，JJF1055-1997《交流电能表现场校准技术规范》。
5.1.2 环境条件：温度（5~+35）℃，相对湿度≥85％。
5.1.3 测量标准：标准电能表，型号S－6502，测量范围0－450V，0-20A，准确度等级为0.05级；电能表现场校验仪，型号HPU-3001C，测量范围0~450V，0～10A，准确度等级为0.1级。
5.1.4 被测对象：准确度等级为0.5级电子式电能表。
5.1.5 测量过程：电能表现场校验仪输出一定功率给被测表，对其进行采样积分，将获得的电能值和系统输出的标准电能值作比对，由此获得被测表在该功率时的相对误差。
5.2 数学模型
γH=γwo
式中：γH表示被测电子式电能表的相对误差；γwo表示电能表现场校验仪上测得的相对误差。
5.3 输入量的标准不确定度的评定。输入量γwo的标准不确定度u（γwo）的来源主要有三个方面：在重复性条件下由被测电能表测量不重复引起的不确定度分项u(γwo1)，采用A类评定方法；单相标准电能表示值误差引起的不确定度分项u(γwo2)，电能表现场校验仪的误差引起的不确定度分项u(γwo3)，采用B类评定方法。
5.3.1 标准不确定度分项u(γwo1)的评定。该不确定度分项主要是由于被测电能表的测量不重复引起的，可以通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。
对0.5级的被测电能表，在220V 5A、功率因数为1.0时，连续测量10次，测量结果如下：-0.17，-0.07，-0.12，-0.05，-0.16，-0.04，-0.21，-0.02，-0.15，-0.02（%）
单次实验标准差s=■=0.07%
所以u(γwo1)=s=0.07%。
5.3.2 标准不确定度分项u(γwo2)的评定。单相标准电能表准确度等级为0.1级，最大允许误差为±0.1%，属均匀分布，包含因子k=■，则u(γwo2)=0.1%/■=0.058%
5.3.3 标准不确定度分项u(γwo3)的评定。电能表现场校验仪经江苏省计量测试技术研究所检定合格，该装置最大允许误差为±0.1%，属均匀分布，包含因子k=■，则
u(γwo3)=0.1%/■=0.058%。
5.3.4 标准不确定度u(γwo)的计算：
u(γwo)=[u2(γwo1)+u2(γwo2)+u2(γwo3)]■=0.11%
5.4 合成标准不确定度的评定
5.4.1 灵敏系数：
数学模型γH=γwo
灵敏系数c=?坠γH/?坠γwo=1
5.4.2 合成标准不确定度的计算：
uc2(γH)=c2u2(γwo) uc(γH)=|c|u(γwo)=0.07%
5.5 扩展不确定度的评定。取包含因子k=2，扩展不确定度为：U=k×uc(γH)=2×0.07%=0.14%
5.6 测量不确定度报告与表示。0.5级电子式电能表在3×220/380V、3×5A时相对误差测量结果的扩展不确定度为：U=0.14% k=2
参考文献：
[1]JJG596-1999，电子式电能表检定规程[S].
[2]JJF1055-1997，交流电能表现场校准技术规范[S].
[3]JJF1059-1999，测量不确定度评定与表示[S].